2025年高考可燃冰及其利用

　　一種特別的物質被科學家發現，它存在于300―500米海洋深處的沉積物中和寒冷的高緯度地區，其儲量是煤炭、石油和天然氣總和的兩倍，1立方米的它可釋放出相當于天然氣164倍的能量。在能源緊缺的現在發現它真可解燃眉之急。

　　可燃冰有望取代煤、石油和天然氣，成為21世紀的新能源�？茖W家估計，海底可燃冰分布的范圍約占海洋總面積的10%，相當于4000萬平方公里，是迄今為止海底最具價值的礦產資源，足夠人類使用1000年。但在繁復的可燃冰開采過程中，一旦出現任何差錯，將引發嚴重的環境災難，成為環保敵人——首先，收集海水中的氣體是十分困難的，海底可燃冰屬大面積分布，其分解出來的甲烷很難聚集在某一地區內收集，而且一離開海床便迅速分解，容易發生噴井意外。更重要的是，甲烷的溫室效應比二氧化碳厲害10至20倍，若處理不當發生意外，分解出來的甲烷氣體由海水釋放到大氣層，將使全球溫室效應問題更趨嚴重。此外，海底開采還可能會破壞地殼穩定平衡，造成大陸架邊緣動蕩而引發海底塌方，甚至導致大規模海嘯，帶來災難性后果。目前已有證據顯示，過去這類氣體的大規模自然釋放，在某種程度上導致了地球氣候急劇變化。8000年前在北歐造成浩劫的大海嘯，也極有可能是由于這種氣體大量釋放所致。

　　一、什么是“可燃冰”

　　這種看起來像冰霜的物質叫“可燃冰”，學名叫“天然氣水合物”，因為主要成分是甲烷，因此也常稱為“甲烷水合物”。在常溫常壓下它會分解成水與甲烷，“可燃冰”可以看成是高度壓縮的固態天然氣。“可燃冰”外表上看它像冰霜，從微觀上看其分子結構就像一個一個“籠子”，由若干水分子組成一個籠子，每個籠子里“關”一個氣體分子。目前，可燃冰主要分布在東、西太平洋和大西洋西部邊緣，是一種極具發展潛力的新能源，但由于開采困難，海底可燃冰至今仍原封不動地保存在海底和永久凍土層內。

　　二、“可燃冰”是如何形成的呢？

　　可燃冰由海洋板塊活動而成。當海洋板塊下沉時，較古老的海底地殼會下沉到地球內部，海底石油和天然氣便隨板塊的邊緣涌上表面。當接觸到冰冷的海水和在深海壓力下，天然氣與海水產生化學作用，就形成水合物�？茖W家估計，海底可燃冰分布的范圍約占海洋總面積的10%，相當于4000萬平方公里，是迄今為止海底最具價值的礦產資源，足夠人類使用1000年。

　　“可燃冰”的形成有三個基本條件：首先溫度不能太高，在零度以上可以生成，0－10℃為宜，最高限是20℃左右，再高就分解了。第二壓力要夠，但也不能太大，零度時，30個大氣壓以上它就可能生成。第三，地底要有氣源。因為，在陸地只有西伯利亞的永久凍土層才具備形成條件和使之保持穩定的固態，而海洋深層300－500米的沉積物中都可能具備這樣的低溫高壓條件。因此，其分布的陸海比例為1∶100。

　　三、人類如何開采、利用“可燃冰”？

　　開采方案主要有三種。第一是熱解法。利用“可燃冰”在加溫時分解的特性，使其由固態分解出甲烷蒸汽。但此方法難處在于不好收集。海底的多孔介質不是集中為“一片”，也不是一大塊巖石，而是較為均勻地遍布著。如何布設管道并高效收集是急于解決的問題。

　　方案二是降壓法。有科學家提出將核廢料埋入地底，利用核輻射效應使其分解。但它們都面臨著和熱解法同樣布設管道并高效收集的問題。

　　方案三是“置換法”。研究證實，將CO2液化（實現起來很容易），注入1500米以下的洋面（不一定非要到海底），就會生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，于是就會沉入海底。如果將CO2注射入海底的甲烷水合物儲層，因CO2較之甲烷易于形成水合物，因而就可能將甲烷水合物中的甲烷分子“擠走”，從而將其置換出來。

　　但如果“可燃冰”在開采中發生泄露，大量甲烷氣體分解出來，經由海水進入大氣層。甲烷的溫室效應比CO2要大21倍，因此一旦這種泄露得不到控制，全球溫室效應將迅速增大，大氣升溫后，海水溫度也將隨之升高、地層溫度上升，這會造成海底的“可燃冰”的自動分解，引起惡性循環。因此，開采必須要受控，使釋放出的甲烷氣體都能被有效收集起來。

　　海底可燃冰的開采涉及復雜的技術問題，所以目前仍在發展階段，估計需要10至30年的時間才能投入商業開采。其實，中國、美國、加拿大、印度、韓國、挪威和日本已開始各自的可燃冰研究計劃，其中日本建成7口探井，期望在2010年投入商業開采，美國近年也急起直追，希望在2015年在海床或永久凍土帶進行商業開采。

　　可見，“可燃冰”帶給人類的不僅是新的希望，同樣也有新的困難，只有合理的、科學的開發和利用，“可燃冰”才會真正的為人類造福。

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